java设计模式学习之【对象池模式】

引言

对象池模式在资源管理和性能优化方面发挥着重要作用。这种模式通过重复使用已经初始化的对象，而不是频繁创建和销毁，减少了系统的开销。这对于处理如数据库连接、线程和图形对象等资源密集型和性能敏感的系统尤为重要。该模式是属于23种设计模式之外的补充模式。

对象池模式简介

定义与用途

对象池模式是一种创建型设计模式，用于管理和重用对象集合。当一个客户端请求一个新对象时，该模式先检查是否有现有的对象可用，而不是创建一个新对象。如果有可用的对象，它将被重用，否则，创建一个新对象并添加到池中。

实现方式

对象池模式通常涉及以下几个关键组件：

• 对象池类：负责创建和管理对象池。
• 池化对象：池中管理的对象。
• 客户端：请求从池中获取对象的用户。
• 接口/抽象类：定义对象的创建、重用和释放的规范。

工厂方法模式可以用来封装对象的创建逻辑。然而，它在创建之后不管理这些对象，而对象池模式则跟踪它创建的对象。
对象池通常实现为单例。

使用场景

• 资源重用：当系统中对象的创建和销毁开销显著时。
• 性能要求：在性能敏感的应用中，减少创建和销毁对象的次数。
• 资源限制：在资源受限的情况下，如数据库连接或线程池。

优势与劣势

• 优势
  提高性能：通过重用现有对象减少创建和销毁对象的开销。
  资源管理：有效管理稀缺资源，如数据库连接。
• 劣势
  管理复杂性：维护对象池增加了系统的复杂性。
  潜在的资源浪费：如果池中对象很少被重用，可能会导致资源浪费。

对象池模式在Spring中的应用

在Spring框架中，并没有直接实现对象池模式，但它提供了相关的支持，使得我们可以方便地实现该模式。例如，Spring的Bean生命周期管理和依赖注入特性可以用于实现自定义的对象池。此外，Spring也提供了与一些常见对象池（如数据库连接池）的集成。

JDBC对象池示例

对象池模式类似于办公室仓库。当新员工被雇佣时，办公室经理需要为他准备工作空间。她会检查办公室仓库是否有备用设备。如果有，她就使用它。如果没有，她就会从亚马逊订购新设备。如果员工被解雇，他的设备会被移动到仓库，以备新工作场所需要时使用。

第1步
创建一个 ObjectPool 类，用于创建对象的数量。

public abstract class ObjectPool<T> {

    private long expirationTime;
    private ConcurrentHashMap<T, Long> locked, unlocked;

    public ObjectPool() {
        expirationTime = 30000; // 30 秒
        locked = new ConcurrentHashMap<T, Long>();
        unlocked = new ConcurrentHashMap<T, Long>();
    }

    protected abstract T create();
    public abstract boolean validate(T o);
    public abstract void expire(T o);

    public synchronized T checkOut() {
        long now = System.currentTimeMillis();
        T t;
        if (unlocked.size() > 0) {
            Enumeration<T> e = unlocked.keys();
            while (e.hasMoreElements()) {
                t = e.nextElement();
                if ((now - unlocked.get(t)) > expirationTime) {
                    // 对象已过期
                    unlocked.remove(t);
                    expire(t);
                    t = null;
                } else {
                    if (validate(t)) {
                        unlocked.remove(t);
                        locked.put(t, now);
                        return t;
                    } else {
                        // 对象验证失败
                        unlocked.remove(t);
                        expire(t);
                        t = null;
                    }
                }
            }
        }
        // 无可用对象，创建一个新的
        t = create();
        locked.put(t, now);
        return t;
    }

    public synchronized void checkIn(T t) {
        locked.remove(t);
        unlocked.put(t, System.currentTimeMillis());
    }

}

第2步
创建一个实现类，用于获取jdbc连接。

public class JDBCConnectionPool extends ObjectPool<Connection>{

    private String dsn, usr, pwd;

    public JDBCConnectionPool(String driver, String dsn, String usr, String pwd) {
        super();
        try {
            Class.forName(driver).newInstance();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        this.dsn = dsn;
        this.usr = usr;
        this.pwd = pwd;
    }

    @Override
    protected Connection create() {
        try {
            return DriverManager.getConnection(dsn, usr, pwd);
        } catch (SQLException e) {
            e.printStackTrace();
            return null;
        }
    }

    @Override
    public void expire(Connection o) {
        try {
            ((Connection) o).close();
        } catch (SQLException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    @Override
    public boolean validate(Connection o) {
        try {
            return !((Connection) o).isClosed();
        } catch (SQLException e) {
            e.printStackTrace();
            return false;
        }
    }

}

第三步
测试类允许应用程序借用和归还数据库连接：

public class Main {

    public static void main(String args[]) {
        // 做一些事情...

        // 创建 ConnectionPool:
        JDBCConnectionPool pool = new JDBCConnectionPool(
                "org.hsqldb.jdbcDriver", "jdbc:hsqldb://localhost/mydb",
                "sa", "secret");

        // 获取一个连接：
        Connection con = pool.checkOut();

        // 使用连接

        // 归还连接：
        pool.checkIn(con);
    }

}

这个示例展示了如何使用对象池模式管理和重用数据库连接，以优化资源使用和提高性能。

代码地址

23种设计模式相关代码后续会逐步提交到github上，方便学习，欢迎指点：
代码地址
https://github.com/RuofeiSun/lf-23Pattern

小结

至此，创建型的6种设计模式的总结完成，感兴趣的同学可以看看之前的博客。